TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL...
Transcript of TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL...
![Page 1: TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL ...repositorio.espe.edu.ec/jspui/bitstream/21000/13217/2/...• Estudiar todo lo referente a conexiones y funcionamiento de la tarjeta](https://reader035.fdocumento.com/reader035/viewer/2022070221/613a0c700051793c8c00d2ac/html5/thumbnails/1.jpg)
“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SISTEMA DE MEDICIÓN DE
VELOCIDAD PARA VEHICULOS UTILIZANDO VISIÓN ARTIFICIAL
IMPLEMENTADO TECNOLOGÍA RASPBERRY PI.”
TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN
DEL TÍTULO DE INGENIERO EN MECATRÓNICA
AUTORES:Marco Vinicio De La Cruz Guerrero
Paul Vicente Borja Guerra
DIRECTOR:Ing. Eddie Galarza
2017
![Page 2: TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL ...repositorio.espe.edu.ec/jspui/bitstream/21000/13217/2/...• Estudiar todo lo referente a conexiones y funcionamiento de la tarjeta](https://reader035.fdocumento.com/reader035/viewer/2022070221/613a0c700051793c8c00d2ac/html5/thumbnails/2.jpg)
• La visión artificial se la puede definir como un anexo queenvuelve a la especialidad de “inteligencia artificial”; la cualpor medio de utilización de técnicas adecuadas, permite laadquisición, procesamiento y estudio de cualquier tipo deinformación a través de imágenes digitales.
INTRODUCCIÓN
![Page 3: TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL ...repositorio.espe.edu.ec/jspui/bitstream/21000/13217/2/...• Estudiar todo lo referente a conexiones y funcionamiento de la tarjeta](https://reader035.fdocumento.com/reader035/viewer/2022070221/613a0c700051793c8c00d2ac/html5/thumbnails/3.jpg)
AGENDA
Desarrollo del proyecto
objetivos e hipotesis
Descripción del sistema y sus componentes
Algoritmo
Análisis de resultados
Conclusiones y Recomendaciones
![Page 4: TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL ...repositorio.espe.edu.ec/jspui/bitstream/21000/13217/2/...• Estudiar todo lo referente a conexiones y funcionamiento de la tarjeta](https://reader035.fdocumento.com/reader035/viewer/2022070221/613a0c700051793c8c00d2ac/html5/thumbnails/4.jpg)
Objetivo General
Diseñar y construir un sistema de medición de velocidad para vehículos con visión artificial.
![Page 5: TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL ...repositorio.espe.edu.ec/jspui/bitstream/21000/13217/2/...• Estudiar todo lo referente a conexiones y funcionamiento de la tarjeta](https://reader035.fdocumento.com/reader035/viewer/2022070221/613a0c700051793c8c00d2ac/html5/thumbnails/5.jpg)
Objetivos Específicos.
Recopilar información sobre los componentes que conforman un radar de velocidad.
Diseñar e implementar el sistema mecánico y electrónico utilizando material en el mercado nacional
Realizar pruebas de campo del sistema de medición de velocidad.
![Page 6: TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL ...repositorio.espe.edu.ec/jspui/bitstream/21000/13217/2/...• Estudiar todo lo referente a conexiones y funcionamiento de la tarjeta](https://reader035.fdocumento.com/reader035/viewer/2022070221/613a0c700051793c8c00d2ac/html5/thumbnails/6.jpg)
HIPÓTESIS
¿El Diseño y construcción de un sistema demedición de velocidad de vehículos nospermitirá medir la velocidad a la quecirculan los vehículos en las vías públicas?
![Page 7: TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL ...repositorio.espe.edu.ec/jspui/bitstream/21000/13217/2/...• Estudiar todo lo referente a conexiones y funcionamiento de la tarjeta](https://reader035.fdocumento.com/reader035/viewer/2022070221/613a0c700051793c8c00d2ac/html5/thumbnails/7.jpg)
OPENCV Librería de software libre que se utiliza para visión artificial de manera académica como
comercial
OpenCv es multiplataforma ya que va teniendo versiones para diferentes sistemas operativos
Está integrado con interfaces de C++, C, Phyton y últimamente con Java, para aplicaciones en
tiempo real.
![Page 8: TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL ...repositorio.espe.edu.ec/jspui/bitstream/21000/13217/2/...• Estudiar todo lo referente a conexiones y funcionamiento de la tarjeta](https://reader035.fdocumento.com/reader035/viewer/2022070221/613a0c700051793c8c00d2ac/html5/thumbnails/8.jpg)
TARJETAS EMBEBIDAS
Se encuentran presentes en casi todos los aparatos utilizados en nuestra vida cotidiana.
Existen varios tipos de tarjetas como: Arduino ,rabbit, BeagleBone, Raspberry Pi.
Un sistema en bebido tiene una arquitectura semejante a una pc convencional.
La mayoría de sistemas enbebido se logran programar con el uso especifico de compiladores como lenguaje C, C ++, o directamente con el lenguaje ensamblador del chip.
Sistema electrónico fundamentalmente diseñado para funciones especificas en tiempo real con pocos recursos.
![Page 9: TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL ...repositorio.espe.edu.ec/jspui/bitstream/21000/13217/2/...• Estudiar todo lo referente a conexiones y funcionamiento de la tarjeta](https://reader035.fdocumento.com/reader035/viewer/2022070221/613a0c700051793c8c00d2ac/html5/thumbnails/9.jpg)
TARJETA RASPBERRY PI
![Page 10: TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL ...repositorio.espe.edu.ec/jspui/bitstream/21000/13217/2/...• Estudiar todo lo referente a conexiones y funcionamiento de la tarjeta](https://reader035.fdocumento.com/reader035/viewer/2022070221/613a0c700051793c8c00d2ac/html5/thumbnails/10.jpg)
Microprocesador de 900Hrz
1GB de RAM
Utiliza la plataforma Rapbian
![Page 11: TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL ...repositorio.espe.edu.ec/jspui/bitstream/21000/13217/2/...• Estudiar todo lo referente a conexiones y funcionamiento de la tarjeta](https://reader035.fdocumento.com/reader035/viewer/2022070221/613a0c700051793c8c00d2ac/html5/thumbnails/11.jpg)
Algoritmo
![Page 12: TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL ...repositorio.espe.edu.ec/jspui/bitstream/21000/13217/2/...• Estudiar todo lo referente a conexiones y funcionamiento de la tarjeta](https://reader035.fdocumento.com/reader035/viewer/2022070221/613a0c700051793c8c00d2ac/html5/thumbnails/12.jpg)
Inicialización de pi cámara.
Inicialización de letrero led.
Adquisición de imagen.
![Page 13: TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL ...repositorio.espe.edu.ec/jspui/bitstream/21000/13217/2/...• Estudiar todo lo referente a conexiones y funcionamiento de la tarjeta](https://reader035.fdocumento.com/reader035/viewer/2022070221/613a0c700051793c8c00d2ac/html5/thumbnails/13.jpg)
La adquisición de las imágenes en video de entrada se realiza mediante la cámara propia de la
tarjeta Raspberry pi la cual toma la secuencia de imágenes y procede al respectivo análisismediante el algoritmo
Secuencia de imágenes capturas mediante la pi cámara
![Page 14: TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL ...repositorio.espe.edu.ec/jspui/bitstream/21000/13217/2/...• Estudiar todo lo referente a conexiones y funcionamiento de la tarjeta](https://reader035.fdocumento.com/reader035/viewer/2022070221/613a0c700051793c8c00d2ac/html5/thumbnails/14.jpg)
Parametrización de zona de visión
Detección de movimiento.
Cálculo de velocidad.
![Page 15: TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL ...repositorio.espe.edu.ec/jspui/bitstream/21000/13217/2/...• Estudiar todo lo referente a conexiones y funcionamiento de la tarjeta](https://reader035.fdocumento.com/reader035/viewer/2022070221/613a0c700051793c8c00d2ac/html5/thumbnails/15.jpg)
En el algoritmo se realizó la parametrización para analizar una sección específica
La línea amarilla muestra la parametrización
![Page 16: TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL ...repositorio.espe.edu.ec/jspui/bitstream/21000/13217/2/...• Estudiar todo lo referente a conexiones y funcionamiento de la tarjeta](https://reader035.fdocumento.com/reader035/viewer/2022070221/613a0c700051793c8c00d2ac/html5/thumbnails/16.jpg)
En la detección de movimiento se observa en la imagen a) el escalamiento en escala de
grises para facilitar la detección de vehículos, en la imagen b) se observa el cuadro azul que
determina el vehículo cuya velocidad será calculada
Detección de Autos
![Page 17: TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL ...repositorio.espe.edu.ec/jspui/bitstream/21000/13217/2/...• Estudiar todo lo referente a conexiones y funcionamiento de la tarjeta](https://reader035.fdocumento.com/reader035/viewer/2022070221/613a0c700051793c8c00d2ac/html5/thumbnails/17.jpg)
Visualización de números
Para visualizar números en la matriz de leds se implementó un algoritmo en
Arduino para el cual se utilizó la librería SPI (Serial Peripheral Interface) que
es un protocolo de datos en serie síncrono, propio del Arduino para la
comunicación con dispositivos periféricos, permitiendo una mayor velocidaden distancias cortas
![Page 18: TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL ...repositorio.espe.edu.ec/jspui/bitstream/21000/13217/2/...• Estudiar todo lo referente a conexiones y funcionamiento de la tarjeta](https://reader035.fdocumento.com/reader035/viewer/2022070221/613a0c700051793c8c00d2ac/html5/thumbnails/18.jpg)
La librería DMD.h (Dot Matriz Display) es una biblioteca para el
manejo de matrices de Leds de un diseño de 32 x 16, la cual se
obtuvo de la web (https://github.com/freetronics/DMD), la misma
permite controlar directamente las matrices de leds con comandospre-programados
Especificación de orden en la matriz
![Page 19: TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL ...repositorio.espe.edu.ec/jspui/bitstream/21000/13217/2/...• Estudiar todo lo referente a conexiones y funcionamiento de la tarjeta](https://reader035.fdocumento.com/reader035/viewer/2022070221/613a0c700051793c8c00d2ac/html5/thumbnails/19.jpg)
Se van presentando los números de derecha a izquierda
en las posiciones especificadas, donde a0 corresponde alprimer digitó, a1 al segundo y a2 al tercero
![Page 20: TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL ...repositorio.espe.edu.ec/jspui/bitstream/21000/13217/2/...• Estudiar todo lo referente a conexiones y funcionamiento de la tarjeta](https://reader035.fdocumento.com/reader035/viewer/2022070221/613a0c700051793c8c00d2ac/html5/thumbnails/20.jpg)
Análisis de resultados
• Las pruebas de campo que se realizaron fueron en base a las siguientes dos variables:
• Análisis de detección.
• Análisis de tiempos de procesado en detección.
• Análisis de rendimiento de tarjeta y software.
![Page 21: TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL ...repositorio.espe.edu.ec/jspui/bitstream/21000/13217/2/...• Estudiar todo lo referente a conexiones y funcionamiento de la tarjeta](https://reader035.fdocumento.com/reader035/viewer/2022070221/613a0c700051793c8c00d2ac/html5/thumbnails/21.jpg)
• En las pruebas experimentales se realizó la detección de vehículos por imágenes en video por medio de Open CV y la plataforma de raspbian
Rendimiento de detección de vehículos.
Detección del vehículo a 34km Marcación de velocímetro de auto 37km
![Page 22: TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL ...repositorio.espe.edu.ec/jspui/bitstream/21000/13217/2/...• Estudiar todo lo referente a conexiones y funcionamiento de la tarjeta](https://reader035.fdocumento.com/reader035/viewer/2022070221/613a0c700051793c8c00d2ac/html5/thumbnails/22.jpg)
Rendimiento de detección y procesado
Se realizó varios ensayos del algoritmo para verificar su funcionalidad y confiabilidad del
mismo además se observó que el tiempo de detección varia cuando existe más cantidad de
vehículos en la zona de parametrización.
Detecciones de vehículosDetección de vehículos en zona de parametrizacion
![Page 23: TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL ...repositorio.espe.edu.ec/jspui/bitstream/21000/13217/2/...• Estudiar todo lo referente a conexiones y funcionamiento de la tarjeta](https://reader035.fdocumento.com/reader035/viewer/2022070221/613a0c700051793c8c00d2ac/html5/thumbnails/23.jpg)
Resultados de detección
Para la detección de velocidad se trazó una zona de visión o parametrización, esta forma un polígono en la carretera permitiendo visualizar los vehículos están movimiento.
zona de parametrizada
![Page 24: TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL ...repositorio.espe.edu.ec/jspui/bitstream/21000/13217/2/...• Estudiar todo lo referente a conexiones y funcionamiento de la tarjeta](https://reader035.fdocumento.com/reader035/viewer/2022070221/613a0c700051793c8c00d2ac/html5/thumbnails/24.jpg)
HIPÓTESIS PLANTEADA Y CUMPLIMIENTO DE LA MISMA
• Con el uso de plataformas de software libre en nuestro caso Python y la tarjeta
Raspberry Pi se realizó varias pruebas de campo del sistema de medición develocidad realizadas y con estas se demostró que el proyecto es factible.
Los aspectos principales que establecen el cumplimiento de la hipótesis son los siguientes:
• La tarjeta Raspberry PI cuenta con su propio sistema operativo Raspbian el cual
está basado en Linux y es una plataforma de software libre, también cabe recalcar
que la tarjeta es muy económica y de fácil adquisición.
![Page 25: TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL ...repositorio.espe.edu.ec/jspui/bitstream/21000/13217/2/...• Estudiar todo lo referente a conexiones y funcionamiento de la tarjeta](https://reader035.fdocumento.com/reader035/viewer/2022070221/613a0c700051793c8c00d2ac/html5/thumbnails/25.jpg)
• La Pi cámara facilita la implementación del algoritmo ya que la misma brida una de velocidad de
transferencia ideal para que trabaje el sistema con el menor margen de error en la adquisición.
• Las características técnicas de la Raspberry Pi permite trabajar en el procesamiento de
imágenes bajo la plataforma de Python para el desarrollo del sistema de detección de
velocidad vehicular.
![Page 26: TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL ...repositorio.espe.edu.ec/jspui/bitstream/21000/13217/2/...• Estudiar todo lo referente a conexiones y funcionamiento de la tarjeta](https://reader035.fdocumento.com/reader035/viewer/2022070221/613a0c700051793c8c00d2ac/html5/thumbnails/26.jpg)
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
![Page 27: TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL ...repositorio.espe.edu.ec/jspui/bitstream/21000/13217/2/...• Estudiar todo lo referente a conexiones y funcionamiento de la tarjeta](https://reader035.fdocumento.com/reader035/viewer/2022070221/613a0c700051793c8c00d2ac/html5/thumbnails/27.jpg)
CONCLUSIONES• El sistema de detección de velocidad vehicular está basado en un algoritmo realizado
con OpenCV bajo la plataforma Phyton el mismo permite un desarrollo eficiente,sencillo y de bajo costo en comparación de otros lenguajes de programación.
• El cambio constante en la luminosidad da lugar a que se produzcan detecciones ymediciones erróneas, no obstante, la tasa de error en este aspecto es losuficientemente pequeña entre 5 km/h lo cual se encuentra dentro de los parámetrosaceptables de error.
• Para disminuir los errores por el cambio de luminosidad se debe realizar un mayor nivelde procesamiento de las imágenes con lo cual aumenta el costo computacional yencarecería el proyecto.
• La eficacia del sistema de alimentación disminuye cuando existe menor intensidadlumínica del sol ya que se reduce la aportación del panel sol al sistema de baterías.
![Page 28: TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL ...repositorio.espe.edu.ec/jspui/bitstream/21000/13217/2/...• Estudiar todo lo referente a conexiones y funcionamiento de la tarjeta](https://reader035.fdocumento.com/reader035/viewer/2022070221/613a0c700051793c8c00d2ac/html5/thumbnails/28.jpg)
RECOMENDACIONES
• Es necesario estudiar previamente la plataforma de programación Python y su integracióncon OpenCV.
• Instalar correctamente todos los paquetes de OpenCV necesarios para su correctofuncionamiento con Python.
• Estudiar todo lo referente a conexiones y funcionamiento de la tarjeta Raspberry PI 2 y su Picamera para evitar daños por mala conexión y evitar su mal funcionamiento.
• Aislar las baterías de la superficie metálicas para evitar su descarga por contacto.
• Verificar que la Pi cámara funcione correctamente con OpenCV realizar pruebas defuncionamiento.